从干热岩中提取热能的增透方法-地热能

地热能发电具有广阔的发展潜力，但目前商业地热能的生产仅限于常规地热资源。增强或工程地热系统（EGS）被认为是非常规地热资源，需要采取相应技术手段来增强地热能生产。在EGS中，干热岩（HDR）系统主要由高温，但渗透率非常低且储液量很少的花岗岩组成，其被认为是潜在的地热资源。因此，可通过诸如水力压裂，酸压裂之类的增产技术以提高HDR的渗透性。EGS的经济性取决于循环流体的较高流速和热力学效率。同时有必要建立具有高传递性的相互连接的裂缝网络，以获得更高的流速和足够的滞留时间，使流体与干热岩接触。然而，同时保持这两种情况是一个真正的挑战。要达到这一要求，需要有大体积的连通缝网，且孔径小，循环流体具有良好的传热特性。考虑到世界上以前EGS开发的尝试，水作为压裂和导热流体会产生很多问题，如缺水，污染问题以及在高温下岩石矿物的更高的溶解度等，这些问题会导致裂缝渗透率随时间降低。因此，用于储层改造的非水基压裂液吸引了地热公司的注意。超临界CO₂具有良好的热力学性质，此外，数值模拟已经证实，就较高的能量提取率而言，CO₂优于水。然而，人们对CO₂作为压裂液、CO₂水溶液导致的地球化学问题、地热条件下岩石流体相互作用引起的结构变化了解甚少。

因此，该项目旨在地热条件下了解以水和超临界CO₂为压裂液的水力压裂下花岗岩的热-流-力-化耦合效应，并进一步了解用水和超临界CO₂提高HDR渗透性的最佳条件。

基于3GDeep实验室新开发的先进的高压高温三轴联动装置，本研究针对上述问题开展了一系列实验工作。在不同温度（20 - 300◦C）、不同围压（150 MPa）和不同注水和SC-CO₂注入压力（150 MPa）条件下，通过模拟不同的地热条件和不同深度的岩石，对不同的花岗岩进行三轴实验。此外，为了了解地热条件下花岗岩、ScCO2和水之间的化学相互作用，通过SEM、XRD、XRF和ICP-MS/ AES等手段进行详细的化学和矿物学研究。同时，通过CT扫描和SEM分析，研究在不同测试条件下，水和CO₂注入样品引起的孔隙结构变化。

上述结果随后被用来建立考虑温度和压力影响的岩石强度准则和裂隙流动行为理论和经验公式。首先，将建立一个室内模型来研究花岗岩在三轴试验条件下的力学和流动特性，并将其扩展为一个更全面的模拟现场条件的热-水-力学耦合模型。这项研究的发现将有助于非常规EGS技术的发展，为澳大利亚寻求商业化EGS能源生产的新方法。